A tudósok felfedezték, hogy a „tiszta matematika” az evolúciós genetikában van megírva: ScienceAlert

A matematikusok élvezik a matematika szépségét, amelyet sokan közülünk soha nem látnak. De a természet egy csodálatos világ, amelyben megfigyelhető a matematikai összefüggésekből fakadó szépség.

A természeti világ végtelennek tűnő, számokon alapuló mintákat kínál – ha felismerjük őket.

Szerencsére egy sokszínű kutatócsoport most fedezett fel egy újabb csodálatos kapcsolatot a matematika és a természet között; A matematika egyik legtisztább formája, a számelmélet és az élet molekuláris léptékű fejlődését irányító mechanizmusok, a genetika között.

Bármilyen elvont, Számelmélet Lehet, hogy sokunk számára a matematika egyik legismertebb formája. Ide tartozik az egész számok vagy egész számok és negatív megfelelőik szorzása, kivonása, osztása és összeadása (aritmetikai függvények).

A híres Fibonacci sorozat Ez csak egy példa, ahol minden szám a sorozatban az előző két szám összege. Mintái az egész természetben megtalálhatók, fenyőtobozban, ananászban és napraforgómagban.

„A számelmélet szépsége nemcsak az egész számok közötti elvont kapcsolatokban rejlik, hanem azokban a mély matematikai struktúrákban is, amelyeket természetes világunkban megvilágít.” Magyarázza Ard Lewis oxfordi matematikus, az új tanulmány vezető szerzője.

Lewist és kollégáit a mutációk érdekelték, amelyek olyan genetikai hibák, amelyek idővel becsúsznak egy szervezet genomjába, és evolúcióhoz vezetnek.

Egyes mutációk a genetikai szekvencia egybetűs változásai lehetnek, amelyek betegséget okoznak vagy váratlan előnyökkel járnak, míg más mutációknak nincs észrevehető hatása a szervezet megjelenésére, tulajdonságaira vagy viselkedésére (fenotípusa).

Ez utóbbiakat néha semleges mutációknak nevezik, és bár nincs észrevehető hatásuk, a működésben lévő evolúció mutatói. A mutációk az idő múlásával állandó sebességgel halmozódnak fel, és az élőlények közötti genetikai kapcsolatokat alakítják ki, miközben lassan eltérnek egy közös őstől.

Az organizmusoknak azonban képesnek kell lenniük bizonyos mutációk elviselésére, hogy megőrizzék jellegzetes fenotípusukat, miközben a genetikai lottó továbbra is olyan alternatívákat terjeszt, Talán igen, talán nem légy hasznos.

Így hívják Mutációs robusztusság Genetikai diverzitást generál, de fajonként változik, sőt a sejteken belüli fehérjékben is megfigyelhető.

A vizsgált fehérjék a véletlenszerű hibák körülbelül kétharmadát képesek elviselni kódoló szekvenciáikban A mutációk 66%-a Semleges, és nincs hatással a végső megjelenésére.

„Egy ideje tudjuk, hogy sok biológiai rendszer rendkívül nagy látszólagos robusztusságot mutat, ami nélkül az evolúció nem lenne lehetséges.” Magyarázza Louis.

„De nem tudtuk, hogy mekkora az abszolút maximális teljesítmény, vagy hogy van-e maximum.”

A nyomozás érdekében Lewis és kollégái odafigyeltek Fehérje hajtogatás És Kis RNS-struktúrák Példaként arra, hogy egy egyedi genetikai szekvencia, amelyet genotípusként ismerünk, miként rendel hozzá egy adott fenotípust vagy tulajdonságot.

A fehérjék esetében egy rövid DNS-szekvencia mutatja a fehérje építőköveit, amelyek összerakva kódolják az alakját.

A fehérjéknél kisebbek a ribonukleinsav (RNS) másodlagos szerkezetei; A genetikai kód szabadon lebegő szálai, amelyek elősegítik a fehérjék felépítését.

Lewis és munkatársai arra voltak kíváncsiak, hogy a természet mennyire közel áll a mutációs erősség felső határának eléréséhez, ezért numerikus szimulációkat futtattak a valószínűségek kiszámításához.

Tanulmányozták annak absztrakt matematikai jellemzőit, hogy hány genetikai variáció illeszkedik egy adott fenotípushoz anélkül, hogy megváltoztatná azt, és megmutatták, hogy a mutációs erő valóban maximalizálható a természetben előforduló fehérjékben és RNS-struktúrákban.

Ezenkívül a maximális robusztusság egy önismétlődő fraktálmintát követ, az úgynevezett a Blancman görbeés összhangban volt a számelmélet alapkoncepciójával, az ún Törje meg a számok összegét.

„Egyértelmű bizonyítékot találtunk a szekvenciák és az RNS másodlagos struktúráinak feltérképezése során arra vonatkozóan, hogy bizonyos esetekben a természet precíz erősségi maximumot ér el.” Mondja Vaibhav Mohanty, a Harvard Orvosi Iskolából.

„Mintha a biológia tudna a racionális számok összegének függvényéről.”

Ismét úgy tűnik, hogy a matematika a természet alapvető eleme, még mikroszkopikus szinten is szerkezetet ad a fizikai világnak.

A tanulmány ben jelent meg Journal of the Royal Society Interface.